[猎奇]宇宙奥秘 >爱因斯坦错了 宇宙的未来是“不确定”的[15P] [复制链接]

爱因斯坦此前认为宇宙不存在“不确定性原理”

　　据国外媒体报道,宇宙理论学家发现我们的宇宙需要“不确定性原理”存在,量子力学的框架似乎不像过去所认为的是完全凭借直觉或者感觉来感知，并将切实体现在宇宙理论之中。如果我们将“不确定性原理”剔除出我们的宇宙,那么我们可能会得到一台“永动机”,这意味着我们的宇宙就是一台名副其实的超级永动机。这些发现已经使得许多物理学家感到不安,因为他们无法打破常规思维去理解这些怪异的量理论,其中就包括阿尔伯特.爱因斯坦(Albert Einstein)。
　　量子力学在20世纪初由一群顶尖的物理学家创建,将人们带入了另一个神奇的世界，我们通过这个理论可以解释和预测出各种无法用经典物理学解释的现象,并且在当今世界科技中也处处体现出量子力学的存在,但是量子力学的世界确实一个违法经典直觉的大集合。其中之一就是“不确定性原理”,该原理由德国物理学家海森堡提出,说明了在量子力学体系中,我们不可能同时获得一个粒子的位置和动量信息。也就是说,我们如果对其中一个粒子位置参数测量得越精确,那么对另外一个动量参数就测得越不准确,我们不可能同时得到两者的精确信息




著名的双缝干涉实验

　　对于海森堡的“不确定性原理”,我们可以用一个著名的双缝干涉实验进行说明。由光源发射出的光子在经过双缝时可产生干涉图像,并在后面的屏上显现出来,我们现在将一个光子探测器放置于其中一个双缝处,对通过的光子进行测量,如果我们探测到光子的动量信息,也就是速度的大小,那么我们对光子的位置判断将越来越“模糊”,以至于在屏幕上的干涉图像变得无法识别。
　　不过,一些科学家认为海森堡提出的“不确定性原理”是无法接受的,而真正原因并不是人们缺乏相关知识而无法理解,而是这个物理法则体现出的思想不能被一些宇宙物理学家接受。比如,对“不确定性原理”持有较大异意的就是阿尔伯特.爱因斯坦,他认为“不确定性原理”不可能成为宇宙物理的基本法则之一,并与另外两名科学家提出了著名的EPR悖论,认为依据“不确定性原理”对相隔遥远的两个粒子系统进行测量将导致超光速现象出现。




量子力学的世界将是非常怪异和神奇的

　　根据英国牛津大学的物理学家奥斯卡.达赫斯塔(Oscar Dahlsten)认为,许多人仍然凭直觉认为“不确定性原理”不应该存在于宇宙中。在此前,研究人员提出了一个全新的概念来解释量子力学中出现的诡异问题,如“隐变量”被认为可能是量子力学的幕后操纵者,使得在量子力学体系中的物体变得更加离奇古怪。但是到目前为止,该方法已经失败了。现在,来自新加坡国立大学量子技术科学研究中心的研究人员斯蒂芬妮.韦纳(Stephanie Wehner)和易斯特.翰吉(Esther Hänggi)提出了一种新的解决方法,通过信息理论的语言来重塑“不确定性原理”。


我们在生活中都可以观察到热力学定律的体现

　　首先,他们认为一个单一测量对象的两个属性信息不可能被同时精确地获得，这就如同对同一个测量粒子赋予两种不同的信息编码,同样我们不可能通过任意一种精确的方式或者精度水平去了解这个粒子的动量和位置信息,如果用信息理论语言表达的话,那就是我们不能将两种不同的信息编码解开。如果我们对第一条信息了解得越精确,那么我们对第二条信息的解读能力将受到更多地限制。
　接下来将是假设性的计算过程,如果物理学家们放宽“不确定性原理”的各种限制因素,在这种情况下允许信息被更好地解读,并让我们获得在“不确定性原理”法则中规定不允许被获得的信息。在这样的假设前提下,研究人员斯蒂芬妮.韦纳和易斯特.翰吉的研究结果显示,在一个系统中将会存在“无中生有”的能量,系统输出的能量将大于输入的能量,这明显是热力学第二定律所禁止的。这是因为能量和信息都需要属于该系统,不可能无中生有。


不存在“不确定性原理”的宇宙将是违反热力学定律的

　　如果要理解这是什么样的情况,那么我们可以设想下在充满热气体的容器中推动活塞。如果你不知道气体分子的运动方向,就可能会错误地推动活塞并做了无用功。但如果你知道气体分子的运动方向,就可以将活塞至于正确的方向上,这时候气体分子就会推动活塞运动,很明显这是热能转换为机械能,并做了有用功。以上两种方案中,系统的能量都是一样的,但结果却不一样。
此时,我们就可以将斯蒂芬妮.韦纳和易斯特.翰吉的信息理论与活塞模型相结合,如果我们对信息理论中的假想粒子进行解读,并希望获得更多的信息,就如同活塞模型中做更多的有用功,但是这些功却是额外赋予的,也就是说是“无中生有”的,因此如果“不确定性原理”在我们的宇宙中并不存在,那么热力学定律将被违反。


爱因斯坦认为上帝不掷骰子

　　根据苏黎世联邦技术研究所理论物理学家马里奥.伯塔(Mario Berta)介绍:“我们现在随处都可以看到热力学第二定律在现实生活中的体现,基本上没有人会对此产生质疑,但我们现在也知道了,如果没有‘不确定性原理’,我们将打破热力学第二定律。”从本项研究的结论上看,似乎这样的解释比“不确定性原理”来得更为怪异,也说明了“不确定性原理”基本上是合理的,该研究就是为了理解为什么量子理论本身是如此怪异。


上帝粒子发现揭开质量起源之谜


　这是欧洲核子中心大型强子对撞机的ATLAS探测器获得了数据的模拟粒子路径图。希格斯玻色子是当两个质子以14TeV的极高能级相撞时产生的，此后它会迅速衰变为4个μ子，这是一种不会被探测装置吸收的大质量电子。这一图像中，μ子的运行路径用黄色线标示。
　　据国外媒体报道，物理学家们曾宣布他们发现了所谓“上帝粒子”，即希格斯玻色子存在的坚实证据。科学家们长期以来一直在搜寻这种神秘莫测的粒子的踪迹，而如果这一粒子的存在最终被证实，那么它将会产生重大影响。
　　标准模型是粒子物理学的基础理论，然而其中所有预测的粒子都已经被顺利找到，唯独希格斯玻色子一直杳无音讯。利用建立在法国和瑞士边境的大型强子对撞机(LHC)设备，科学家们让质子在长达27公里的环形轨道内以光速相撞以开展相关实验。物理学家们表示，一旦确认希格斯玻色子将会至少产生以下六点重大影响：


1. 揭开质量起源之谜

　　物体的质量是怎么来的?这个问题一直困扰物理学界，而希格斯玻色子恰恰被认为与宇宙中一切物体的质量起源有关。希格斯玻色子与一种场有关，那就是所谓的希格斯场，理论上认为这种场充斥着整个宇宙。当宇宙中的其它粒子在这一场中运行时便获得了质量的属性。这就有点像是大家都在一个游泳池里游泳，然后身上都会被打湿，在这里，被水打湿就像是物体获得质量一样。
　　美国哈佛大学物理学家杰奥·哥斯达(Joao Guimaraes da Costa)表示：“希格斯粒子的机制让我们能够理解粒子获得质量的途径和方式。” 哥斯达是去年欧洲核子中心宣布疑似希格斯粒子发现时，大型强子对撞机(LHC)所属ATLAS探测器设备的标准模型召集人。他说：“如果没有这种机制，那么所有的一切物体都将失去质量。”
　　确认此次发现的粒子确实是希格斯粒子将证明我们设想的粒子获得质量属性的方式是正确的。美国加州理工学院物理学教授玛利亚·斯皮罗普鲁(Maria Spiropulu)表示：“这项发现从量子层面支持了我们对于质量来源的看法，而这正是我们当初建造大型强子对撞机的目的。这是一项无与伦比的成就。”
　　而后，这将进一步为一个更深层次的问题提供解决的线索，那就是：为什么这些粒子拥有这一质量数值?这个值是如何确定的?对此，哈佛大学物理学家丽萨·兰德尔(Lisa Randall)表示：“这是一个大得多的问题。确认这的确是希格斯粒子只是整个过程的第一步，此后我们才能更往前走，这两者之间是相互联系的。”　


2. 完善标准模型

　　标准模型是当代粒子物理学的基石，它描述了整个宇宙中所有的粒子。所有被标准模型所预言的粒子此前都已经被找到了，除了希格斯粒子。就在去年宣布初步结果时，欧洲核子中心ATLAS实验设备科学家乔纳斯·斯兰德伯格(Jonas Strandberg)就曾表示：“这是标准模型中缺失的一环，因此如果这一发现得到最终确认，那么它将最终证明我们目前的认识是正确的。”
　　到目前为止，科学家们所发现的这一疑似希格斯粒子似乎和标准模型中预言的性质相吻合。但即便如此，标准模型本身也并不完整：例如它没有包括引力，也没有将被认为占据整个宇宙物质总量约98%的暗物质成分考虑进去。
　　美国费米国家实验室CMS中心的物理学家帕提·麦克布雷德(Patty McBride)在上周四表示：“即便有证据清晰地证明目前我们新发现的这一粒子确确实实就是标准模型所预言的希格斯玻色子，即便如此我们对宇宙的认识仍然模糊不清。”他说：“我们仍然不能理解为何引力如此微弱，我们还要面对巨大的暗物质的存在。不过，对于这一已经有48年历史的经典理论来说，迈出了完善的第一步仍然不失为一件令人高兴的事。”


3. 电弱相互作用

　　确认希格斯粒子还将对电弱相互作用的构建产生重要影响。这种作用是对电磁作用与弱相互作用的统一描述，这两者都是自然界的基本力类型之一。电磁作用描述带电粒子之间的相互作用，而弱相互作用则描述放射性衰变过程。
　　自然界中所有力的作用都和某种粒子有关。比如与电磁力有关的粒子是光子，这是一种质量为零的特殊粒子。而弱相互作用力则和名为W和Z的玻色子有关，这两种粒子都拥有很高的质量值。而所有这些粒子的质量来源，便被认为是希格斯玻色子的作用造成的。
　　欧洲核子中心的斯兰德伯格表示：“如果引入希格斯场的概念，那么W和Z玻色子就会和这个场混杂在一起，在这一过程中它们便获得了质量。”他说：“这解释了为何W和Z玻色子会有质量，并将电磁作用和弱相互作用两种基本力统一了起来，构成电弱相互作


4. 超对称理论

　　超对称理论也将受到希格斯粒子发现的影响。这一理论认为任何一种已知的粒子都有一个“超级伙伴”粒子，这种伙伴粒子拥有轻微差异的性质。超对称理论拥有很大的吸引力，因为它可以统一自然界中的其它基本作用力，甚至有希望揭开暗物质构成之谜。然而到目前为止这一理论的前景黯淡，科学家们只找到了和标准模型预言的希格斯粒子性质极其相似的粒子，但是却没有能发现任何和超对称粒子有关的线索。


5. 大型强子对撞机

　　大型强子对撞机(LHC)是世界上最大的粒子加速器。这一耗资约100亿美元的设备率属于欧洲核子研究中心(CERN)，其目的是创建地球上能级最强大的粒子加速器设施。而其中找出希格斯玻色子则被列为了该设备的最优先目标之一。此次最新宣布的结果为LHC此前的结果提供了强有力的证明，也是对此前一直在这里为达成这一目标而忘我工作的物理学家们所取得丰硕成果的最好证明。
　　斯皮罗普鲁在去年的一份声明中表示：“这项发现从量子层面支持了我们对于质量来源的看法，而这正是我们当初建造大型强子对撞机的目的。这是一项无与伦比的成就。”他说：“科学家们已经等待了整整一代人的时间，为的就是这一刻。来自全世界各地大学和研究机构的粒子物理学家，工程师和技术人员们已经为了达成今天的这一成就奉献了数十年的辛勤工作。现在是时候让我们暂时停下脚步，回过头去审视这项发现的意义了，然后再继续进行海量的数据收集和分析工作。”
　　希格斯玻色子最早是在1964年由英国物理学家皮特·希格斯和同事们提出的。而这个名字的后半部分则是为了纪念杰出的已故印度物理学家和数学家玻色，他与爱因斯坦一同给出了玻色子的定义。玻色子是一类基本粒子，主要包括胶子和引力子等。其负责传递费米子之间的相互作用，如夸克，电子和中微子等等。费米子是宇宙中的另外一种基本粒子类型。


6. 宇宙的命运

　　希格斯玻色子的确认将为科学家们开启一扇大门，让他们得以进行此前无法进行的一些计算。其中一些计算的结果有关宇宙的命运。有一种观点认为宇宙将在未来数十亿年内毁灭。
　　在进行这样的计算时，希格斯玻色子本身的质量是一个非常关键的参数，它预示了时空的未来命运。目前的测量值显示，希格斯玻色子的质量约为质子的126倍，这一质量值几乎已经处在了一个临界点上，它将有可能让宇宙在未来数十亿年内走向毁灭。
　　约瑟夫·林肯(Joseph Lykken)是美国费米国家实验室的物理学家，他表示：“计算的结果告诉我们，在数十亿年之后宇宙将可能面临灾难。”他说：“这或许意味着我们所生活于其中的这个宇宙本身存在着内在的不稳定性，在数十亿年之后这一切都将归于瓦解。”

宇宙的奥秘实在是太多太多了，即使 爱因斯坦错了 ，也是正常的。宇宙的未来到底是什么样的，最终命运到底如何，恐怕只有上帝知道。量子力学的世界本身就是一个非常诡异的世界，远远超出普通人的理解范畴，比如说：波粒二象性  薛定谔的猫等等。人类对宇宙的认识，永远都是婴儿阶段，人类一思考，上帝就发笑。